机组控制方式与电力保障能力分析.pdf

第 3 9 卷增刊 1 2 0 1 0年 8月 石油化工设备 Vo 1 3 9 S u p p l e m e n t 1 PE TRO- CHE MI CAL E QUI PME NT Au g 2 0 1 0 文章编号 ：1 0 0 0 7 4 6 6 ( 2 0 1 0 ) 增刊 1 0 1 0 4 0 3 机组控 制方式与 电力保 障能力分析 孙 建 字 ( 玉 门油田 炼 油化工总厂 ，甘肃 玉 门7 3 5 2 0 0 ) 摘 要 ：大机 组的稳 定运行 是 装置 长周期运 行的 关键 ， 如何 保证 机 组及 其 润 滑 系统 不 间断供 电是 电 力 系统 长期 以来探 讨 的课题 。主要针 对健 全大机 组供 电 系统备 用 电源快 速 切换 系统 ， 以及 通过 改 造 机组控 制 方式提 高机 组润 滑 系统反 应速度 的 方式 ， 极 大提 高 了机 组 电力保 障 能力 。 关 键词 ：机组；电力保障；快速切换；控制方式；润滑油系统 中图分 类号 ：T P 7 2 7 3 文献标 志码 ： B 玉门油田炼油化工总厂的 1 8台重点设备主要 集 中在催 化 、 酮 苯 、 东 区风 以及 重 整加 氢 等 车 间 ， 分 别为催化能量回收机组、 主风机、 备用 主风机、 富气 压缩机、 重整加氢氢循环压缩机、 东 区风 VK 8空气 压缩机以及酮苯氨压缩机等大机组。这些机组的正 常运 行是装 置 长周 期安 全 运 行 的基 础 ， 因而 保 障这 些 机组及 其润 滑油泵 的供 电可靠 性就 具有 十分重要 的意义 。 近 几年 来 ， 玉 门油 田炼 油化 工 总厂 电力 系统 的 运行质量有了一定的提高， 避免了大面积停电事故 ， 但也存在一些问题及安全 隐患 ， 例如 由于供 电系统 的隐患 ， 常使重整加氢装置氢循环压缩机备用润滑 油泵不能及时启动， 进而导致机组停机 。类似情况 在 其他 机组 同样存 在 ， 这 些 隐 患严 重 影 响装 置 的 长 周期运行 。因此， 我们通过对玉 门油 田炼油化工总 厂炼油装置大型机组备用润滑油泵控制失效 的综合 分 析 ， 进行 了相 应 的改造 。 1 存在 问题 玉 门油 田炼 油化 工 总厂 东 区风 VK 8空气 压 缩 机采用轴头泵供油方式供应润滑油， 其它所有机组 均采用 2台电动油泵用一备一方式向机组供应润滑 油 ， 油压保护全部采用油压报警值启动备用油泵 ， 当 油压低至机组停机值时保护系统会 自动停机。压缩 机运行过程中备用润滑油泵的自动投运一般是利用 压力继 电器或压力传感器将压力信号上传至控制器 或机组 紧急停 车 控制系 统 ( E S D ) ， 通过 控制 器逻辑 判据 发 出相 应压力 控 制 信号 ， 控 制 备 用润 滑 油 泵 的 启 动 和停 止 。一般 是 当油 压低 于备用 润滑油 泵起动 压力值 时启 动备用 润 滑 油泵 ， 当油 压 高 于备 用 润滑 油泵停止压力值时停止备用润滑油泵。但 是， 在对 多数机组的实际运行过程观察发现， 备用润滑油泵 自启动 之后 油压 尚未 恢 复 时 机 组 已经 停 机 的现 象 不 少 。 2 原 因分 析 2 1控制系统 根 据 现场 实 际情 况进 行 分析 ， 由于 油位 及压 差 信号不准确 、 压力继电器 以及控制器反应速度慢导 致 备用 油泵 自启动 后油压恢 复需 要 的时间往往 大于 油压过低机组 自保护停机的时间。这说明备用油泵 的 自启 动反 映速度 过慢或 者机组 润滑 油系统 压力稳 定性差 。 2 2 供电系统 综合分析认为， 造成备用润滑油泵虽然启动但 机组低 油压保 护停 机 的现 象 的另一原 因是供 电系统 保障能力不足、 电网电压闪络甚至失电所致 1 。 根据生 产运行 实 际情况 ， 由于 电网不稳定 ， 因而 电网晃 电、 失 电现象 时 有 发生 。电 网不稳 定 必 然对 备用润滑油泵和机组低油压保护控制系统有一定的 影 响 。 2 3 解决方法 加强 电网保 障能力 ， 在 电网 电压 发生 波 动甚 至 母线电压失 电的情况下迅速及时地切入备用 电源， 收稿 日期 ；2 0 0 9 0 3 1 6 作者简介 ：孙建宇 ( 1 9 7 3 一 ) ， 男 ， 甘肃通渭人 ， 工程师 ， 学士 ， 从事炼化总厂 电气设备管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 增刊 1 孙建宇 ： 机组控制方式与 电力保 障能力分析 使机组 在不受 影 响 的 情况 下 持 续 运行 。其 次 ， 在 保 证机 组安全 运行 的基础 上延 长机 组低 油压 自保停 机 的时间 ， 同时加快 备用 油泵 自启 动 的速 度 ， 提高机 组 自身抗干扰能力 。 3 改造措 施 。 3 1 提高 电网保 障能 力 在石化、 电厂以及钢铁等连续生产 的工业企业 中， 为了增强电力系统的保障能力和不问断供电， 企 业都至少有两个 同步并且相互独立的供 电电源 ， 这 样在 一条线 路 故障 的情 况 下 ， 可 以 以最 快 的速 度 把 负荷 切换 到另一 条 线路 上 ， 以保 证 非 故 障范 围 的正 常供 电 。 目前 ， 大 多 数企 业 实 现这 一 目标 的手 段是 电源 同时设 自投 装 置 以及 人 工 倒 闸 。其 中 ， 人 工倒 闸实 现故 障线路 切 断 ， 其 余 线 路恢 复供 电往 往需 要 几 分 钟甚 至更 长 的时间完 成 ， 在 发 生事 故 的 状 态下 只能 是事 故 的挽 救手 段 ， 并 不 能作 为 非 事 故装 置 的保 障 手段。而电源 自投是由电源配备 自投装置实现故障 线路 自动 切 断 及 备 用 电 源 自动 投 入 。在 一 般 情 况 下 ， 电源 配 备 的 自投 装 置 完 成 这 一 系 列 功 能 需 要 5 0 0 8 0 0 ms 。供 电系统所 带主 要负荷 为 电动机 ， 在 切换 过程 中 ， 由于系统 的再 次充 电 、 电动机 的磁场 补 偿 以及 部分设 备 可能 因 电压 过低 停 机 等 原 因 ， 对 备 用 电源及 电气 设备 的 电压 、 电流 冲击很 大 ， 甚 至会 引 起备用电源过 电流保护动作而造成全装置失电。因 此 ， 解决 主要 负荷 为 电动 机 的 电力 系统 备 用 电源 的 切换 问题 ， 就 成为 如何 在 故 障 发 生之 后 电 网电 压 降 低 不多 ( 在允 许范 围 内 ) 、 在 电动 机定 子 磁 场 减 弱 不 多 ( 在允许 范 围 内) 的情况 下将 备用 电源快 速切换 成 功 的 问题 。 根据 有关 研 究 资 料 ， 失 电母 线残 压 与 备用 电源 之 间的压差 U 在 0 5 S 前 随 时 间 的 增 大 而增 大 。 如果 能够 在 0 1 5 s以 内完 成 备 用 电源 切 换 ， 则 A U 比较 小 ， 也 就是说 0 1 5 S 完 成切 换对 备 用 电源 的 冲 击小 。 快 速切换 技术 改变 了配备 自投 从母 线停 电作 为 判 据开始 电源切换 的手 段 ， 而 是从 故 障发 生 即 检测 到短路电流开始进行 电源切换 。只要有短路电流产 生 ， 不论 是否会 引起 母线停 电 ， 必然会 引起 电网电压 闪落( 即晃 电) 。因此， 在晃电或停 电发生前对故 障 电源进行 切除并 投 入 备用 电源 ， 保 证 电动 机 的正 常 运行 ， 是快 速切 换技 术 的 出发 点 。与 电源 配 备 自投 装置相 比， 快速切换技术节约 了故障发生到开关跳 闸、 母线停 电的时 问 ， 在 尽可 能短 的时 间 内完 成 了电 源 的切换 ， 从 而减 少 了 电 网事 故 发 生 时对 工 业 生 产 的扰动 。快速切换全过程 的时间组成为 ， 保护继 电 器 故 障检测 时 间 t 一2 0 ms ， 快切 装置 的动作 反应 时 间t 一l O ms ， 断路 器分 闸时 间 t 。 一4 5 5 0 ms ， 断 路 器合闸时间 t 一6 0 ms ， 断路 器辅助接点反应 时间 t 一l O ms 。 如 采用 传统 的先 断开 故 障段 开关 后 合 备 用 电源 开关 的模式 ， 所 需 要 的 时 间 t t +t a + t a + t +t + 一 1 6 O ms 。如 采 用 检 测 到 故 障 信 息 后 快 切 装置 同时 发 出断开 故 障段 开关 和合 备用 电源 开关 的信 号模式 所需 要 的时间 t =t +t 。 +t 一9 0 ms 。 断 路器 分 闸 比合 闸 少 1 0 ms的 时 间 ， 同时 发 出 断开故障段开关和合备用 电源开关 的信号 ， 仍然符 合 先 断后合 的倒 闸规 律 。如果将 电源 切换 的全过 程 时间 限制在 1 0 0 ms以 内的话 ， 可实现 对 大机组供 电 系统 的无扰 动切 换 。 与传 统 的备 用 电源 自投 技术 相 比 ， 快 速 切换 技 术 使用 以后 主要解 决 了 以下 问题 。 ( 1 ) 总切 换 时间 大 为缩 短 ， 由 5 0 0 ms以上 缩 短 到 1 6 0 ms 以 内 ， 解决 了 由于 切 换 时 间长 ， 容易 造 成 低 压接 触器 脱扣停 机 、 高 压 电动 机 往 往 受 油泵 影 响 而 自保停 机 的 问题 。 ( 2 )电源 切 换 发 生 时 A U( 切 换 过 程 中 冲 击 电 压 ) 比较小 ， 对 系统 绝 缘 冲击 小 ， 一 定 程度 上 保 护 了 电气 设备 ， 延 长 了电气设 备 的寿命 。 ( 3 ) 电源切 换过 程 中 A I ( 切换 过程 中冲击 电 流) 比较 小 ， 不 会 引起 事故 线 路 以外 的 继 电保 护 装 置 动 作 ， 缩 小 了事 故范 围 。 3 2 优化机组控制方式 加 快备 用润 滑油 泵 自启 动 速度 的方 案主要 有 下 列 2种 。 ( 1 ) 在 原有保 护 功能不 变 的基础上 ， 通 过机 组控 制 系统 增加 判据 ， 只要 机组 在运行 过程 中 ， 控制 系统 接到主润滑油泵停机信号 ， 就直接发出启动备用润 滑油泵的信号， 使备用润滑油泵 自启动 。这种方法 节约了主润滑油泵停机至油压低和油压开关的反应 时 问 。 ( 2 ) 通 过 2台润 滑油 泵 接触 器辅 助 触 点 相互 作 电气联锁 ， 主润滑油泵接触器常闭辅助触点并入备 用润 滑油泵 启动 回路 ， 备 用 润 滑 油泵 接 触 器 常 闭辅 助触点 并入 主润 滑 油泵 启 动 回路 ， 其 原 理见 图 1和 图 2 。图 1 虚 线 框 内为 备 用 油 泵 接 触 器 辅 助 触 点 ， 图 2虚线 框 内为 主油泵 接触 器辅 助触 点 。这 样 改造 后 2台润 滑 油泵能 保证 机组 润滑 油控 制系统 原有 功 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工设备 2 0 1 0年第 3 9 卷 能不变 ， 其中一台润滑油泵停机时另一台润滑油泵 自启动， 节约了油压变化或主润滑油泵停机信号反 馈至控 制 系统发 出 自启 动信 号 的时 间 ， 更 快地 启 动 了备用 润滑 油泵 。 C 图 1 主油泵 电气控制 图例 图 2备用油泵电气控 制图例 改造按 图 2的方案实施 。由电气系统实现备用 润滑 油泵 直接启 动 的过 程 ， 必 须 对机 组 2台润 滑油 泵全部停电， 即机组处 于停用或备用状态。根据全 厂机组运行状态 ， 将能够处于停用或备用状态的催 化备 用 主风机 、 催 化 增压 机 、 C 3回收 装 置 抽 气 压缩 机 、 焦化辐射进料泵 、 焦化切焦水泵等机组的润滑油 泵进行 电气联锁改造。其它机组在 2 0 1 0年大检修 过程中或其它停机状态下另行改造。 机组 2台润滑油泵实现 电气联锁 自启动后， 保 留 了原 机组 润滑油 控 制 系统 的原 有 功 能 ， 增加 了主 润滑油泵停机后备用润滑油泵直接启动的功能，减 少了润滑油压波动 的幅度， 提高了机组润滑油系统 的保 障能 力 。 4 结 语 按文 中韵 分 析 和改 造 方案 ， 对 部 分机 组 的润 滑 油泵 按 图 2的方 案进 行 了电气 互 启 动连 锁 改 造 ， 解 决了电网电压闪落或单段停电时润滑油压力降低过 快导 致机组 停 机 的 问题 。对 厂 内其 它采 用 D C S或 E S D控 制系统 的在用 机 组润 滑 油泵 ， 在 其控 制 系统 的连锁逻辑中增加润滑油泵停机互启动逻辑 ， 使 主 润滑油泵停机油压下降一备用油泵 自启一油压恢 复的时间大幅缩短 。考虑到润滑油泵在切换时可能 产生 润滑油 压扰动 ， 造成 机组停 机 ， 为 此延长 了机组 低油压 自保停机的时限 ， 润滑油压力过低联锁信号 延时 2 s 。这 些针 对改 造 机组 润滑 油 系统 的改 造大 幅提高了相关机组运行的保 障能力， 保证 了各装置 的长 周期安 全运行 。 随着 炼化 装 置逐 渐 实现 长 周期 运 行 ， 对 电力 系 统的保障能力等要求也变得越来越高 。快速切换装 置 的应用 ， 可 在 电 网同 步 的 前 提 下 发 出分 、 合 闸指 令， 在最短时间内实现电源切换 ， 保障非故障装置的 正常 平稳供 电 。 参考文献 ： E l i 连理枝 低压断路器 及其 应用 M 北京 ： 中国电力 出 版 社 ， 2 0 0 2 E 2 周 鹤 良 电器工 程师 手册 M 北京 ： 中 国电力 出版 社 ， 2 0 0 8 3 夏天伟 ， 丁明道 电器学 M 北京 ： 机械工业 出版社 ， 20 0 0 4 张利生 电力 网 电能损 耗管理及 降损 技术 M 北 京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 8 E 5 谢 小 荣 ， 姜 齐 荣 柔 性 交 流输 电 系统 的原 理 与应 用 E M 北京 ： 清华大学出版社 ， 2 0 0 6 E 6 刘 玉虹 ， 吕厚余 可控 串联 补偿器 ( T C S C) 控制 方式综 述 J 渝州 大学学报 ， 2 0 0 1 ， ( 2 ) ： 9 4 9 7 7 S HO R T T A 配电可靠 性 与 电能质 量 M 徐 政 ， 译 ， 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 8 8 陈晓芳 一种简单实 用的备用 电源切 换电路 J 电脑 知识与技术 ， 2 0 0 4 ， ( 2 6 ) ： 8 2 8 3 ， 8 6 9 朱鹏 ， 史步海 ， 黄 晓伟 基 于双 MC U 的 电源智 能 自 动切换 控制 器 J 微 计 算 机 信 息 ， 2 0 0 9 ， ( 1 0 ) ： 1 7 6 17 8 1 o 胡健 厂用 电源切换探讨E J 电力设 备 ， 2 0 0 8 ， ( 1 1 ) ： 62 65 ( 杜 编 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m